Fabrication of Functional Composite Cellulose Fiber with Nano-Structural Control by Electric Field and Elongational Flow

电场和拉伸流控制纳米结构功能复合纤维素纤维的制备

基本信息

批准号：
22H01393
负责人：
高奈秀匡
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，セルロースナノファイバー（CNF）および異種ナノ材料が混在する分散系流体において，電場・流動場下でのナノ粒子・繊維構造が流体としてのレオロジー特性に与える影響をマルチスケール解析により明らかにし，流体科学を基盤とした新たな学問的潮流をナノ材料学分野との融合により築くとともに，実用に資する高強度機能性セルロース複合繊維の創製を目的としたものである。初年度においては，急絞り部を有する流路を用いたセルロース配向制御法を確立し，絞り部における断面積比が繊維配向に与える影響を明らかにした。急絞り部における伸長流動場によりCNF繊維の配向度が向上し，セルロース単繊維が高強度・高弾性化するものの，向上効果が得られる断面積比に上限があることが示された。一方で，電場を印加した場合では，電場印加領域を最適化することで，電場と伸長流の相乗効果により，断面積比の上限を大幅に向上させることが可能となり，より優れた材料特性を有する単繊維を得られることが明らかとなった。さらに，CNFとカーボンナノチューブからなる安定な分散媒を得ることに成功し，セルロース・カーボンナノチューブの複合繊維創製法を確立した。また，電場を印加することで，カーボンナノチューブが配向し，カーボンナノチューブ同士が結合することで，複合繊維の導電率が向上することが明らかとなり，機能性複合繊維を創製することが可能となった。本研究によって得られた成果をまとめ，国際論文誌に投稿した。

这项研究旨在阐明电场下电场下的纳米颗粒和纤维结构对含有纤维素纳米纤维（CNFS）的分散流体中流体的流体特性，并使用多尺度分析的多种学术趋势，并创建基于融合型纤维的纤维级，并创建新的学术趋势，并创建纳米材料的差异纳米材料，并创建纳米层的趋势。可用于实际使用的复合纤维。在第一年，使用带有快速节气门截面的流动路径建立了纤维素方向控制方法，并阐明了节气门截面对纤维方向的横截面面积比的影响。快速限制的部分中的细长流场改善了CNF纤维的方向，尽管纤维素单纤维变得更强大和弹性，但已表明横截面面积比具有可以提供改进效果的上限。另一方面，当通过优化电场施用区域应用电场时，由于电场的协同作用和扩展流的协同作用，横截面面积比的上限可以显着提高，并且已经发现可以获得具有优质材料特性的单个纤维。此外，我们成功地获得了由CNF和碳纳米管组成的稳定分散介质，并建立了一种为纤维素和碳纳米管创建复合纤维的方法。此外，已经揭示了碳纳米管通过施加电场而定向，并将碳纳米管粘合在一起，从而提高了复合纤维的电导率，从而可以创建功能性复合纤维。总结了从这项研究中获得的结果，并提交给国际杂志。